JP2008258359A - 表面実装機 - Google Patents

Abstract

【課題】より多くの種類のノズルを使いながら実装処理を効率的に進めることを目的としている。
【解決手段】表面実装機は、基板Ｓが保持される基台等からなる装置本体と、この装置本体に対して移動可能なヘッドユニット５とを有する。ヘッドユニット５には実装用ヘッド２０が搭載され、このヘッド２０には、外周面上に複数のノズルが放射状に並んだノズルユニット３０が装備されており、何れかのノズルにより部品を吸着して基板に実装する構成となっている。ノズルユニット３０は、実装用ヘッド２０に対して着脱可能とされている。そして、実装用ヘッド２０と基台に設けられたユニット交換装置との間でノズルユニット３０の交換が可能とされている。
【選択図】図２

Description

本発明は、回路基板に対して電子部品等を実装する表面実装機に関するものである。

従来から、部品供給部と所定の作業位置に位置決めされたプリント基板等（以下、「基板」という）とにわたって移動可能な実装用ヘッドを備え、当該ヘッドに装備されたノズルにより部品を吸着して基板上に実装する表面実装機が知られている。また、この種の表面実装機として、複数種のノズルを放射状に並べて配置した回転体（以下、「ノズルユニット」という）を実装用ヘッドに装備し、このノズルユニットを回転させることにより、ノズルを切替え可能とした表面実装機も知られている（例えば、特許文献１）。
特開２０００−１１４７８９号公報

特許文献１に開示されるような表面実装機は、ノズルユニットを回転させるだけでノズルの切替えを短時間で行えるため、複数種類のノズルの使用が必要な場合に、効率的に実装作業を進めることができる。ところが、近年の部品の多様化に伴い、実装処理中に必要となるノズルの種類は益々増加しており、これに対応する必要がある。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであって、より多くの種類のノズルを使いながら実装処理を効率的に進めることを目的としている。

上記の課題を解決するために、本発明は、被実装基板が保持される装置本体と、この装置本体に対して移動可能に設けられる実装用ヘッドとを有し、前記実装用ヘッドに、複数のノズルを周方向に並設したノズル回転ユニットが装備され、当該ノズル回転ユニットの前記ノズルにより、部品供給部から部品を吸着して前記基板に実装する表面実装機において、前記実装用ヘッドに対して前記ノズル回転ユニットが着脱可能に装着され、さらに前記装置本体に、交換用のノズル回転ユニットを保持し、かつ前記実装用ヘッドとの間でノズル回転ユニットの交換が可能なユニット交換装置が配備されているものである（請求項１）。

この表面実装機では、ノズル回転ユニットの回転により当該ユニットに装備される複数のノズルが選択的に使用される。しかも、必要に応じて実装用ヘッドとユニット交換装置との間でノズル回転ユニット自体が交換されることにより、さらに別のノズルの使用が可能となる。従って、実装動作中に使用できるノズルの数が大幅に増える。

この場合、前記実装用ヘッドとユニット交換装置との間でノズル回転ユニットの交換を可能にするには、例えば次のような構成が考えられる。すなわち、前記実装用ヘッドは、前記ノズル回転ユニットを支持する支持状態と、同ヘッドに対するノズル回転ユニットの着脱が可能となる支持解除状態とに切換え可能な支持機構を備え、前記ユニット交換装置は、ノズル回転ユニットを保持するための複数の保持部を備えるとともに、当該保持部に対してノズル回転ユニットを固定する固定状態と、当該保持部からのノズル回転ユニットの取り出しを可能とする非固定状態とに切換え可能な固定機構を備えるものであり、前記ノズル回転ユニットの取り外し動作として、前記ノズル回転ユニットが前記複数の保持部のうち空きスペースに載置されるように実装用ヘッドを配置する動作と、前記保持部にノズル回転ユニットを載置した状態で前記支持機構を支持状態から支持解除状態に、前記固定機構を非固定状態から固定状態にそれぞれ切換える動作と、前記保持部に対して実装用ヘッドを相対的に移動させて当該実装用ヘッドをノズル回転ユニットから引き離す動作とが順次行われることにより前記実装用ヘッドからノズル回転ユニットが取り外される一方、この取り外し動作と逆の動作手順に従うことにより、前記保持部に保持された交換用のノズル回転ユニットが前記実装用ヘッドに取り付けられるように構成される（請求項２）。

この構成によると、ユニット交換装置の位置に実装用ヘッドが配置された状態で、支持機構および固定機構の状態が切換えられることにより、前記実装用ヘッドとユニット交換装置との間でノズル回転ユニットの交換が円滑に行われる。

より具体的な構成として、前記支持機構は、前記ノズル回転ユニットを回転可能に支持する支持軸をその軸方向に進退移動させるものであって、前記支持状態では、前記ノズル回転ユニットを支持可能な支持位置に前記支持軸を配置する一方、前記支持解除状態では、前記ノズル回転ユニットの外側の退避位置に前記支持軸を配置する（請求項３）。

この構成によれば、通常は、ノズル回転ユニットが支持軸により支持され、当該支持軸回りにノズル回転ユニットが回転駆動されることによりノズルの交換が行われる。そして、ノズル回転ユニットの交換時には、前記支持軸がノズル回転ユニットの外側に退避し、これにより実装用ヘッドに対するノズル交換ユニットの交換が可能となる。

なお、前記実装用ヘッドが、前記ノズル回転ユニットを回転可能に保持するホルダを有するものでは、前記ノズル回転ユニットは、前記ホルダと一体に前記実装用ヘッドに対して着脱されるものであってもよい（請求項４）。

このような構成は、ノズル回転ユニットを回転駆動するためのアクチュエータが前記ホルダに組付けられているものに有用である（請求項５）。これによれば、ノズル回転ユニットの交換に際してノズル回転ユニットとアクチュエータとを切り離す必要がなくなるため、構成を簡素化する上で有利となる。

また、上記のような表面実装機において、前記固定機構は、前記固定状態において前記ノズル回転ユニットを前記保持部の所定位置に位置決めした状態で当該ユニットを固定するものであるのが好適である（請求項６）。

この構成によれば、交換用のノズル回転ユニットと実装用ヘッドとの位置決め精度を高めることができ、ノズル回転ユニットの交換をより円滑に行うことが可能となる。

本発明の表面実装機によると、実装動作中にノズル回転ユニットを交換することができ、これにより実装動作中に使用可能なノズルの数を大幅に増すことができる。従って、より多くの種類のノズルを使いながら実装処理を効率的に進めることが可能となる。

以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を用いて説明する。

図１は、本発明に係る表面実装機の第１の実施形態の全体構成を概略的に示している。この図において、表面実装機の装置本体である基台１上には、搬送ラインを構成するコンベア２が配置され、基板Ｓが上記コンベア２上を搬送されて所定の作業位置で停止されるようになっている。なお、以下の説明において、必要な場合には、コンベア２の方向をＸ軸方向、水平面上でこれと直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸およびＹ軸に直交する方向をＺ軸方向として説明を行うことにする。

上記コンベア２の側方には、部品供給部４が配置されている。この部品供給部４には、例えば、多数列のテープフィーダ４ａが設けられている。各テープフィーダ４ａは、各々ＩＣ、トランジスタ、コンデンサ等の小片状の電子部品を所定間隔おきに収納、保持したテープがリールから導出されるように構成され、後述のヘッドユニット５により電子部品が間欠的に取り出されるようになっている。

また、上記基台１の上方には、電子部品搭載用のヘッドユニット５が装備されている。このヘッドユニット５は、部品供給部４と上記作業位置とにわたって移動可能とされ、本実施形態では、Ｘ軸方向（コンベア２の方向）およびＹ軸方向（水平面上でＸ軸と直交する方向）に移動することができるようになっている。

すなわち、上記基台１上には、Ｙ軸方向に延びる一対の固定レール７と、Ｙ軸サーボモータ９により回転駆動されるボールねじ軸８とが配設され、上記固定レール７上にヘッドユニット５の支持部材１１が配置されて、この支持部材１１に設けられたナット部分１２が上記ボールねじ軸８に螺合している。また、上記支持部材１１には、Ｘ軸方向に延びるガイド部材１３と、Ｘ軸サーボモータ１５により駆動されるボールねじ軸１４とが配設され、上記ガイド部材１３にヘッドユニット５が移動可能に保持され、このヘッドユニット５に設けられたナット部分（図示省略）が上記ボールねじ軸１４に螺合している。そして、Ｙ軸サーボモータ９の作動によりボールねじ軸８が回転して上記支持部材１１がＹ軸方向に移動するとともに、Ｘ軸サーボモータ１５の作動によりボールねじ軸１４が回転してヘッドユニット５が支持部材１１に対してＸ軸方向に移動するようになっている。

上記基台１上には、ヘッドユニット５により吸着された電子部品の吸着状態を認識するための部品認識カメラ１７が設けられ、ヘッドユニット５が部品吸着後にこの部品認識カメラ１７の上方に移動することにより吸着部品が撮像されるようになっている。図示の例では、部品供給部４にそれぞれ部品認識カメラ１７が配備されている。

基台１上には、さらにヘッドユニット５に搭載される後記実装用ヘッド２０との間でノズルユニット３０の交換を行うためのユニット交換装置１８が設けられている。このノズルユニット交換装置１８については後に詳述する。

図２〜図４は、上記ヘッドユニット５の具体的な構造を示している。同図に示すように、上記ヘッドユニット５には、電子部品吸着用の複数のノズル３２を具備した実装用ヘッド２０が搭載されている。図示の例では、２つの実装用ヘッド２０がＸ軸方向に並んだ状態で搭載されている。

各実装用ヘッド２０（以下「ヘッド２０」と略す）は、Ｚ軸方向に伸びるノズルシャフト２１を有している。このノズルシャフト２１は、ヘッドユニット５のフレーム５ａに対して昇降および中心軸回り（Ｒ軸方向）の回転が可能に支持されており、さらにその下端部に、複数のノズル３２を具備したノズルユニット３０（本発明にかかるノズル回転ユニットに相当する）を装備している。

ノズルシャフト２１は、中空のメインシャフト２１ａの内部に同じく中空のサブシャフト２１ｂを備えた二重管構造とされている。サブシャフト２１ｂの内側は部品供給用の負圧を後記ノズル３２に供給するための通路２２とされており、バルブ等を介して図外の負圧供給源に連通接続されている。

ノズルユニット３０は、略ドラム型の形状のユニット本体３１の外周に複数本のノズル３２が放射状に組付けられたものである。ノズル３２の種類は特に限定されるものではないが、例えばチップ部品等の主に小型部品を対象とする小口径のノズル３２や、ＱＦＰ等の主に大型の部品で、かつ装着精度が要求される部品を対象とする大口径のノズル３２等、複数種類のノズル３２がノズルユニット３０に組付けられている。

ノズルユニット３０は、上記ノズルシャフト２１と一体的に昇降およびシャフト中心軸回り（Ｒ軸方向）の回転が可能とされるとともに、後述するように、ノズルシャフト２１に対して相対的に横軸（水平軸）回りの回転が可能に設けられている。そして、この横軸回りの回転によりユニット本体３１に組付けられた前記ノズル３２のうち一のノズル３２を選択的に作業用位置、つまり真下の位置にセットするように構成されている。

上記ヘッドユニット５には、さらに、上記ノズルシャフト２１を昇降させるＺ軸駆動機構と、ノズルシャフト２１を回転させるＲ軸駆動機構と、ノズルユニット３０を回転駆動するためユニット駆動機構と、ノズルユニット３０を脱着可能に支持するための支持機構等がヘッド２０毎に設けられている。

Ｚ軸駆動機構は、フレーム５ａの両側上部にそれぞれ固定される駆動源としてのＺ軸サーボモータ２３と、Ｚ軸方向に延びて上記フレーム５ａに対して昇降可能に支持されるラック２４とを有している。ラック２４はブラケット２５を介してノズルシャフト２１の上端部に連結されている。また、Ｚ軸サーボモータ２３の出力軸にはピニオン２６が装着されており、このピニオン２６がラック２４に噛合している。すなわち、Ｚ軸サーボモータ２３によりピニオン２６を回転駆動することにより、上記ラック２４、ブラケット２５およびノズルシャフト２１を一体にフレーム５ａに対して昇降させるようにＺ軸駆動機構が構成されている。

Ｒ軸駆動機構は、フレーム５ａにそれぞれ固定される、駆動源としてのＲ軸サーボモータ２７と、その出力軸に装着される駆動ギア（図示せず）と、上記ノズルシャフト２１に装着されて上記駆動ギアに噛合するギア２８とを有し、上記Ｒ軸サーボモータ２７によりノズルシャフト２１を回転駆動するように構成されている。なお、ノズルシャフト２１とギア２８とは、ギア２８に対するノズルシャフト２１の相対的なＺ軸方向の変位が可能で、かつノズルシャフト２１とギア２８が一体回転するように相互にスプライン結合されている。

図３に示すように、ノズルシャフト２１の下端部には、ノズルユニット３０を横軸回りに回転可能に保持するための正面視逆Ｕ字型（図２参照）のホルダ３５が連結されている。このホルダ３５とノズルシャフト２１とは、ノズルシャフト２１に対するホルダ３５のＺ軸方向の相対移動が可能で、かつノズルシャフト２１とホルダ３５とが一体に回転するようにスプラインナット３６を介して結合されている。なお、ホルダ３５とノズルシャフト２１とのＺ軸方向の相対移動は、部品吸着時の衝撃を緩和し得る程度の僅かな範囲で可能となっている。

上記ホルダ３５には、下方に垂下する一対の脚部３５ａ，３５ａが設けられており、これら脚部３５ａ，３５ａの間に前記ノズルユニット３０が回転可能に支持されている。具体的には、各脚部３５ａ，３５ａにそれぞれ、上記横軸としての支持軸部材７１をそれぞれ備えた一対のエアシリンダ７２，７２が向かい合わせに組込まれている。そして、両脚部３５ａの間に上記ノズルユニット３０が介装され、この状態で、ユニット本体３１に形成される貫通孔３０ａに対して当該ユニット３０両側から上記支持軸部材７１が挿入されている。これによりノズルユニット３０が両脚部３５ａ，３５ａの間で支持軸部材７１回りに回転可能に支持されている。

ノズルユニット３０のユニット本体３１には、側面視正六角形に形成されたノズル組付部分が設けられており（図４参照）、各ノズル３２は、当該ノズル組付部分外周の各平坦面に形成されるノズル組付用凹部３３にそれぞれ嵌入、固定されている。これにより、上記の通りノズルユニット３０にノズル３２が放射状に設けられ、このノズルユニット３０がユニット駆動機構により上記支持軸部材７１，７１回りに駆動されることによって、一のノズル３２が選択的に上記作業用位置にセットされる。

上記各エアシリンダ７２は、脚部３５ａ，３５ａの下端近傍にそれぞれ配置されている。これらのエアシリンダ７２の内部には、先端に上記支持軸部材７１を一体に備えたピストン７３が設けられるとともに、このピストン７３の先端側に圧力室７４が形成され、この圧力室７４がホルダ３５およびブリッジ部材４４の内部に形成される通路７８等を介して、当該ブリッジ部材４４に接続される図外のエア（正圧）供給管に連通している。このエア供給管は、電磁バルブ等を介して図外のエア供給源に連通接続されている。一方、各エアシリンダ７２内のピストン７３の後側の圧力室７７は大気に開放され、かつこの圧力室７７にはスプリング７６が配設されている。そして、先端側の圧力室７４にエア圧が供給されていないときはスプリング７６によりピストン７３が突出位置、すなわち支持軸部材７１が両脚部３５ａ，３５ａから突出した状態に付勢され、これによって上記ノズルユニット３０を支持軸部材７１により回転可能に支持する一方（図３に示す状態；「支持状態」という）、上記圧力室７４にエアが供給されると、ピストン７３（支持軸部材７１）がスプリング７６の弾発力に抗して脚部３５ａ内に押し戻され（退避し）、これによってノズルユニット３０の支持状態が解除され（「支持解除状態」という）、ホルダ３５からのノズルユニット３０の取外しが可能となるように構成されている。つまり、これらエアシリンダ７２，７２等により、ノズルユニット３０を脱着可能に支持するための上記支持機構が構成されている。

ノズルユニット３０を駆動するユニット駆動機構は、ユニット駆動用シャフト４０と、このシャフト４０を回転駆動するサーボモータ４１と、上記シャフト４０の回転を上記ノズルユニット３０に伝動するための伝動機構とから構成されている。

具体的に説明すると、上記ユニット駆動用シャフト４０は、図２および図３に示すように、ノズルシャフト２１と平行に延び、ヘッドユニット５のフレーム５ａに対してＺ軸方向の移動およびＺ軸回りの回転が可能となっている。そして、このユニット駆動用シャフト４０にプーリ４２が装着される一方、上記サーボモータ４１の出力軸にプーリ４３が装着され、これらプーリ４２，４３にわたって図外の伝動ベルトが装着されている。これにより、上記ユニット駆動用シャフト４０がサーボモータ４１により回転駆動されるように構成されている。なお、左右のヘッド２０のユニット駆動用シャフト４０とこれを駆動するサーボモータ４１とはＹ軸方向に並んでおり、図２の例では、左側のサーボモータ４１を二点鎖線で示している関係上、同モータ４１に装着される左側のプーリ４３は図示を省略している。一方、右側のサーボモータ４１については、これを実線で示している関係上、右側のユニット駆動用シャフト４０に装着されるプーリ４２は図示を省略している。

ユニット駆動用シャフト４０とプーリ４２とは、プーリ４２に対する当該シャフト４０のＺ軸方向の移動が可能で、かつ同シャフト４０とプーリ４２とがＺ軸回りに一体回転するようにスプライン結合されている。ユニット駆動用シャフト４０の上端部分は、ノズルシャフト２１とラック２４とを連結する上記ブラケット２５に対して相対回転可能に保持されている。一方、ユニット駆動用シャフト４０の下端部は、上記ホルダ３５を回転可能に保持するブリッジ部材４４に対してベアリングを介して回転可能に保持されている。そして、ノズルシャフト２１が、上下の軸受５ｂ，５ｂによりフレーム５ａに対してＺ軸方向の移動およびＲ軸回りの回転が可能に支持される一方、ユニット駆動用シャフト４０が、上下の軸受５ｃ，５ｃによりフレーム５ａに対してＺ軸方向の移動およびＲ軸回りの回転が可能に支持されている。これによって、ブラケット２５、ヘッド２０およびユニット駆動用シャフト４０がフレーム５ａに対して一体的にＺ軸方向に移動可能になるとともに、ユニット駆動用シャフト４０およびノズルシャフト２１がフレーム５ａに対してそれぞれ独立して回転可能となっている。なお、ユニット駆動用シャフト４０の内部にはエア（正圧）を導くための通路４５が形成されており、図外のホースおよび電磁バルブ等を介して図外のエア供給源に連通接続されている。

ユニット駆動用シャフト４０の回転をノズルユニット３０に伝動するための上記伝動機構は、同シャフト４０の下端部に設けられる駆動側ギア４６と、上記ホルダ３５の上端部に相対回転可能に装着され、かつ上記駆動側ギア４６に噛合する従動側ギア４７と、この従動側ギア４７とノズルユニット３０との間に配設される伝動シャフト５０等とを有している。この伝動シャフト５０の上端にはギア５１が設けられ、このギア５１は、上記従動側ギア４７と一体回転可能に設けられるギア４８に噛合している。また、伝動シャフト５０の下端部にはベベルギア５２が一体に設けられ、このギア５２が上記ノズルユニット３０の一端部に固定されるベベルギア５３に噛合している。つまり、上記サーボモータ４１によりユニット駆動用シャフト４０がＺ軸回りに回転駆動され、この回転がギア４６，４７，４８、伝動シャフト５０（ギア５１，５２）及びベベルギア５３を介して水平軸回りの回転に変換されて上記ノズルユニット３０に伝動され、その結果、ノズルユニット３０が上記支持軸部材７１，７１回りに回転するように構成されている。

上記ノズルユニット３０には、各ノズル３２に対してそれぞれ負圧を供給するための互いに独立した通路５６が形成されている。これらの通路５６の一方側の端部は、それぞれ対応するノズル組付用凹部３３内に通じており、他方側の端部は、それぞれ貫通孔３０ａの同心円上に並んだ状態でユニット本体３１の端面（図３では左側端面）に開口している。他方、ホルダ３５には、その内部に、上記サブシャフト２１ｂ内の通路２２に連通する通路５７が形成され、当該通路５７が前記脚部３５ａの内側面（ノズルユニット３０に対向する面）に開口している。そして、この通路５７の開口位置と上記作業用位置に配置されるノズル３２に対応する通路５６の開口位置とが合致し、かつ他のノズル３２に対応する通路５６の開口が脚部３５ａの内側面で塞がれるように両通路５６，５７等が設けられることにより、作業用位置に配置されるノズル３２のみが上記通路５６，５７等を通じて負圧供給源に連通接続されるようになっている。

上記ノズルユニット３０には、さらにノズル３２を上記作業位置に位置決めするための係合穴６０が前記ノズル組付用凹部３３の側方に並べて形成されており、この係合穴６０に係合可能な先窄まりの位置決め部材６１を備えたエアシリンダ６２が前記ホルダ３５に設けられている。

エアシリンダ６２は、上記ノズルユニット３０の上方に配置されている。エアシリンダ６２の内部には、位置決め部材６１と一体のピストン６３が設けられるとともに、このピストン６３の下側に圧力室６４が形成され、この圧力室６４がホルダ３５およびブリッジ部材４４の内部に形成された通路６５，６６を介してユニット駆動用のシャフト４０内の通路４５に連通している。一方、エアシリンダ６２内のピストン６３の上側の圧力室６７は大気に開放され、かつこの室６７にスプリング６８が配設されている。そして、圧力室６４にエア圧が供給されていないときはスプリング６８によりピストン６３が下降位置に付勢され、これによって位置決め部材６１が係合穴６０に係合する一方、圧力室６４にエアが供給されるとピストン６３がスプリング６８の弾発力に抗して押し上げられ、これにより位置決め部材６１が係合穴６０から離脱するように構成されている。

なお、図３および図４中、符号５９は、ユニット交換装置１８との間でノズルユニット３０を交換する際に使用される固定孔であって、同ユニット３０の上記ノズル組付部分の側面であって前記貫通孔３０ａの同心円上に、それぞれ各ノズル３２に対応して設けられている。

図５〜図７は、上記ユニット交換装置１８の概略構成を示しており、図５は平面図で、図６，図７は断面図でそれぞれユニット交換装置１８の構成を示している。

ユニット交換装置１８は、図５に示すように基台８０を有している。この基台８０には、交換用のノズルユニット３０を保持するための複数の保持部が設けられており、図示の例では３つの保持部８２Ａ〜８２ＣがＹ軸方向に並設されている。なお、図示の例では、２つの保持部８２Ａ，８２Ｂに交換用のノズルユニット３０が保持されている。

各保持部８２Ａ〜８２Ｃにはそれぞれ、ノズルユニット３０を挿入するためのＹ軸方向に細長の凹部８３が形成されている。この凹部８３は、図７に示すように、一対の隔壁８４によってＹ軸方向に並ぶ３つの部分８３ａ〜８３ｃに仕切られており、真ん中の部分８３ｂ（便宜上「真ん中の凹部８３ｂ」という）のみがその両側の部分８３ａ，８３ｃ（便宜上「両側の凹部８３ａ，８３ｂ」という）よりも深く形成されている。そして、同図に示すように、何れかのノズル３２を真ん中の部分８３ｂに挿入するとともに当該ノズル３２に隣接するノズル３２を両側の凹部８３ａ，８３ｃにそれぞれ逃がし（挿入し）、この状態でユニット本体３１を上記隔壁８４に形成されたユニット支持面４８ａでそれぞれ支持することにより、ノズルユニット３０を上記凹部８３に一部挿入した状態で保持するように各保持部８２Ａ〜８２Ｃが構成されている。なお、各隔壁８４のユニット支持面４８ａは、下方に向かって互いにＹ軸方向に接近する傾斜面からなり、同図示すように、ユニット本体３１の上記ノズル組付部分（側面視正六角形の部分）の外周面のうち、両側の凹部８３ａ，８３ｂに挿入されるノズル３２が組付けられている面をそれぞれ各ユニット支持面４８ａで支持することにより、Ｙ軸およびＺ軸方向にノズルユニット３０を概略的に位置決めした状態で安定的に支持するようになっている。

各保持部８２Ａ〜８２Ｃには、ノズルユニット３０の固定機構が構成されている。すなわち、各保持部８２Ａ〜８２Ｃの上記凹部８３の側方には、エアシリンダ８７がそれぞれ設けられ、これらエアシリンダ８７が基台８０に固定されている。そして、各エアシリンダ８７のピストンに、ノズルユニット３０を位置決め固定するためのプッシュピン８８が一体に設けられており、エアシリンダ８７に対するエア（正圧）の給排切り替えに応じて、このプッシュピン８８が上記凹部８３内に突出する状態（図６の二点鎖線に示す状態；「固定状態」という）と、凹部８３から側方に退避する状態（図６の実線に示す状態；「非固定状態」という）とに進退駆動されるようになっている。

プッシュピン８８はノズルユニット３０の前記固定孔５９よりも径が大きく、かつ先端にテーパ面が形成されており、エアシリンダ８７のロッド突出駆動状態では、プッシュピン８８の先端がノズルユニット３０の上記固定孔５９に挿入されるとともに当該ユニット３０がプッシュピン８８によりＸ軸方向に押圧され、このようにノズルユニット３０が押圧されることにより、前記ホルダ３５とのクリアランスが吸収されつつノズルユニット３０が凹部８３の側壁８５に押し当てられて当該ユニット３０がＸ軸方向に位置決めされる。また、上記側壁８５とノズルユニット３０との当接面は互いに平坦な面とされており、上記のように側壁８５にノズルユニット３０が押圧されることで、ノズルユニット３０のＲ軸方向の位置決めも行われる。つまり、このようにプッシュピン８８でノズルユニット３０を押圧することにより当該ユニット３０を位置決めした状態で保持部８２Ａ〜８２Ｃに固定、保持するように構成されている。

次に、上述した表面実装機による実装動作について説明する。

上記表面実装機において実装動作が開始されると、先ずヘッドユニット５が部品供給部４に移動し、ここでヘッド２０が下降し、作業用位置にセットされたノズル３２により部品が吸着されてからヘッド２０が上昇する。なお、ヘッドユニット５の部品供給部４への移動の際には、ノズルユニット３０が回転駆動されることにより、部品に対応したノズル３２が上記作業用位置に予めセットされる。具体的には、前記エアシリンダ６２にエアが供給されることにより係合穴６０から位置決め部材６１が退避する。次いで、サーボモータ４１によりユニット駆動用シャフト４０が回転駆動され、この回転に伴いノズルユニット３０が回転することにより、所望のノズル３２が作業用位置に配置される。その後、エアシリンダ６２へのエア供給が停止されることにより、位置決め部材６１が係合穴６０に嵌合し、ノズルユニット３０が固定される。

部品の吸着が行われると、次いで部品認識カメラ１７による撮像とそれに基づく部品認識等の動作を経て、ヘッドユニット５が基板Ｓ上に移動し、ヘッド２０が下降することによりノズル３２に吸着されていた部品が基板Ｓ上に装着される。

なお、ノズルユニット３０に所望のノズル３２がない場合には、当該ノズルユニット３０が、前記所望のノズル３２が組込まれている別のノズルユニット３０に交換される。ここで、ノズルユニット３０の具体的な交換動作について図８を参照しつつ説明する。

まず、ヘッド２０に装着されているノズルユニット３０が上記保持部８２Ａ〜８２Ｃのうち空きスペース（図５の例では保持部８２Ｃ）に対応するように、ヘッドユニット５が上記ユニット交換装置１８の上方に移動した後、ヘッド２０が下降し、ノズルユニット３０が保持部８２Ｃの上記凹部８３内に挿入される。これによってノズルユニット３０がＹ軸方向およびＺ軸方向に位置決めされた状態で保持部８２Ｃ（隔壁８４のユニット支持面４８ａ）に載置される。なお、前記ノズルユニット３０は、凹部８３への挿入前に、予め回転軸（上記支持軸部材７１）がＸ軸方向と平行になるようにＲ軸サーボモータ２７の作動によりＲ軸方向に位置決めされる（図６参照）。また、保持部８２Ｃの前記固定機構は、プッシュピン８８が後退位置に保持されることにより非固定状態に制御されている。

ノズルユニット３０が凹部８３内に挿入されると、前記ヘッド２０の前記支持機構が支持状態から支持解除状態に、保持部８２Ｃの前記固定機構が非固定状態から固定状態にそれぞれ切換えられる。詳しくは、図８（ａ）に示すように、エアシリンダ８７がロッド突出駆動状態に切換えられ、これによりプッシュピン８８が前進する。このようにプッシュピン８８が前進すると、ノズルユニット３０の前記固定孔５９にプッシュピン８８の先端が挿入されるとともに当該プッシュピン８８によりノズルユニット３０が押圧され、これによりノズルユニット３０とホルダ３５とのクリアランスが吸収されて当該ノズルユニット３０がＸ軸方向に位置決めされる。次いで、前記ホルダ３５内の通路７８を通じて各エアシリンダ７２，７２（圧力室７４）にエアが供給され、図８（ｂ）に示すように、ノズルユニット３０を支持している各支持軸部材７１（ピストン７３）が脚部３５ａ内に退避し、これによりホルダ３５によるノズルユニット３０の支持状態が解除される。

ノズルユニット３０の支持状態が解除されると、図８（ｃ）に示すように、ヘッド２０が上昇し、保持部８２Ｃにノズルユニット３０を残したままで当該ヘッド２０がノズルユニット３０から引き離される。これによりヘッド２０からノズルユニット３０が取り外される。なお、取り外されたノズルユニット３０は、上記の通りＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸およびＲ軸方向に位置決めされた状態で前記保持部８２Ｃに保持されることとなる。

ノズルユニット３０の取外しが完了すると、上記のような取り外し動作と逆の動作手順に従ってヘッド２０等が駆動制御され、これによって新たなノズルユニット３０がヘッド２０に装着される。すなわち、交換用のノズルユニット３０が保持されている保持部８２Ａ（又は８２Ｂ）の上方にヘッド２０が配置された後（図８（ｃ）参照）、ヘッド２０が下降し、ホルダ３５の両脚部３５ａの間にノズルユニット３０を介装する（図８（ｂ）参照）。このとき、エアシリンダ６２の前記位置決め部材６１がノズルユニット３０の係合穴６０に嵌合することにより、当該ノズルユニット３０が回転不能にロックされる。

次いで、エアシリンダ７２，７２へのエア供給が停止され、これにより当該ノズルユニット３０の貫通孔３０ａに支持軸部材７１（ピストン７３）が挿入され、当該ノズルユニット３０がホルダ３５により支持される（図８（ａ）参照）。また、エアシリンダ８７がロッド引き込み駆動状態に切換えられ、これによりプッシュピン８８が退避してノズルユニット３０の固定状態が解除される。

そしてその後、ヘッド２０が上昇することにより当該ヘッド２０と共にノズルユニット３０が保持部８２Ａから取り出され、ヘッド２０へのノズルユニット３０の装着が完了することとなる。

上記の表面実装機では、このようにして、ヘッドユニット５が部品供給部４と基板Ｓとの間を移動しながら順次部品供給部４から部品を取出して基板Ｓ上に実装する。その際、各ヘッド２０のノズルユニット３０の回転に伴い作業用位置のノズル３２が部品に対応した所望のノズル３２に切替えられ、また、必要に応じてノズルユニット３０そのものが交換されながら実装作業が進められる。

以上のようにこの表面実装機では、ヘッド２０にノズルユニット３０が装備され、このノズルユニット３０の回転により複数のノズル３２から所望のノズル３２を選択的に使用でき、しかも、必要に応じてノズルユニット３０自体を交換することにより、さらに別のノズル３２が使用可能となる。そのため、より多種類のノズル３２を使用しながら効率的に実装処理を進めることができるようになる。

特に、実施形態の表面実装機では、ノズルユニット３０自体を交換する構成となっているので、次のような利点もある。すなわち、ノズルユニット３０自体を交換する代わりに、ノズルユニット３０に組付けられているノズル３２を個別に交換することも考えられる。しかしこの場合には、ノズルユニット３０を回転させながら各ノズル３２を個別に脱着する必要があるためノズル交換に時間がかかる。また、ノズルユニット３０に対する組付け誤差がノズル毎に、しかもノズル交換時毎に不規則に生じることが考えられ、この場合には当該組付け誤差を補正することが困難になる。これに対してノズルユニット３０自体を交換する上記実施形態の表面実装機によると、複数のノズル３２を一括して交換できるため交換作業が短時間で済む。しかも、交換に伴う組付け誤差は、ホルダ３５に対するノズルユニット３０の組付け誤差だけを考慮すればよいため、ノズル３２を個別に交換する場合に比べると、組付け誤差の補正も容易となる。従って、実施形態の上面実装機によると、実装作業を効率的に進める上でも、また、実装精度を高める上でも有利なものとなる。

また、実施形態のようにノズルユニット３０自体を交換する構成によれば、基台１上において交換用のノズル３２の保持スペースを縮小する上で有利になるという利点もある。すなわち、例えばノズルユニット３０のノズル３２を個別に交換する場合には、交換用のノズルを基台１上に平面的に配置する必要があるため、平面的な広い保管スペースが必要となることが考えられるが、上記のようにノズルユニット３０自体を交換する構成によれば、結果的に、複数のノズル３２を立体的に保管することとなるので（図７等参照）、その分、平面的な保管スペースを抑えることが可能となる。そのため、交換用のノズル３２の保持スペースを縮小する上で有利になるという利点もある。

次に、本発明に係る表面実装機の第２の実施形態について説明する。

図９（ａ）は、第２の実施形態かかる表面実装機の実装用ヘッド２０の下端部分を概略的に示している。なお、第２の実施形態にかかる表面実装機の基本的な構成は第１の実施形態と共通するため、以下の説明では、第１の実施形態と共通するものについては同一符号を付して説明を省略し、相違点についてのみ詳細に説明することにする。

同図に示すように、第２の実施形態にかかる表面実装機では、ノズルユニット３０を回転駆動するためのサーボモータ４１として、扁平かつ小型のサーボモータ４１がホルダ３５に組み込まれており、このサーボモータ４１によりノズルユニット３０が直接駆動される構成となっている。そのため、詳しく図示していないが、第１の実施形態で説明した伝動シャフト５０、ギア５１、ベベルギア５２等、ノズルユニット３０を回転駆動するためユニット駆動機構や、ノズルユニット３０の回転をロックするためのエアシリンダ６２等はこの表面実装機では省略されている。

また、第２の実施形態では、上記ホルダ３５がジョイント部材３４に対して着脱可能に構成されている。すなわち、上記ノズルシャフト２１の下端部にジョイント部材３４が設けられており、このジョイント部材３４とノズルシャフト２１とが、ノズルシャフト２１に対するジョイント部材３４のＺ軸方向の相対移動が可能で、かつノズルシャフト２１とジョイント部材３４とが一体に回転するように上記スプラインナット３６を介して結合されている。そして、このジョイント部材３４の下端部にホルダ３５が着脱可能に支持（連結）されている。

図９（ａ）および図１０に示すように、ホルダ３５の上端部には、その中央部分に円柱状の係合凸部９２が突設され、他方、ジョイント部材３４の下端部には、当該係合凸部９２が挿入される係合凹部９５が設けられている。そして、前記係合凸部９２を係合凹部９５に挿入した状態でジョイント部材３４に対してホルダ３５が連結される構成となっている。ジョイント部材３４には、前記係合凹部９５の周囲に複数のノックピン９４が設けられており、連結時には、これらノックピン９４が、ホルダ３５に形成される位置決め孔（図示省略）に挿入されることで、ジョイント部材３４に対してホルダ３５が位置決めされるようになっている。また、ジョイント部材３４の内部には、ロックピン９７を兼ねるピストンを備えた一対のエアシリンダ９８が設けられている。これらエアシリンダ９８は、前記係合凹部９５の径方向に対向配置されている。そして、エア圧が供給されていないときはスプリングによってロックピン９７が突出するように付勢され、これによって当該ロックピン９７が、前記ホルダ３５の係合凸部９２周面に形成される係合孔９３に挿入される一方、エアが供給されるとロックピン９７がスプリングの弾発力に抗して押し戻され、これによりロックピン９７が係合孔９３から退避するように構成されている。つまり、ロックピン９７が係合孔９３に挿入されることで、ホルダ３５がジョイント部材３４に対して着脱不能に支持（連結）される一方、ロックピン９７が係合孔９３から退避することで、この支持（連結）状態が解除されて、図９（ｂ）に示すようにジョイント部材３４に対するホルダ３５の着脱が可能になるように構成されている。

なお、図示を省略するが、ジョイント部材３４の前記係合凹部９５およびホルダ３５の前記係合凸部９２にはそれぞれ、電気・通信系統のコネクタ部と負圧供給系統のコネクタ部とが設けられており、上記のようにジョイント部材３４にホルダ３５が連結されると、部品吸着用の負圧およびサーボモータ４１に対する電力、制御信号が上記コネクタ部を介してジョイント部材３４側からホルダ３５側へと供給されるように構成されている。

このような第２の実施形態の表面実装機では、ホルダ３５に搭載されたサーボモータ９０の作動によりノズルユニット３０が回転駆動され、これにより所望のノズル３２が作業用位置に配置される。

そして、ノズルユニット３０の交換は、上記ジョイント部材３４に対して上記ホルダ３５が脱着されることにより行われる。

具体的に説明すると、上記ユニット交換装置１８には、交換用のノズルユニット３０としてノズルユニット３０を含む上記ホルダ３５（以下、便宜上「ノズル組立体」という）が保持されている。なお、ユニット交換装置１８は、基本的には第１の実施形態のものと共通であるが、第２の実施形態のユニット交換装置１８では、ホルダ３５の姿勢が保持されるように、具体的にはホルダ３５の係合凸部９２が真上に指向する状態でノズル組立体が保持されるように、ユニット交換装置１８の各保持部８２Ａ〜８２Ｃが構成されている。

まず、ヘッドユニット５がユニット交換装置１８の上方に移動し、交換対象となるノズル組立体が上記保持部８２Ａ〜８２Ｃのうち空きスペース（ここでは、第１の実施形態に準じて保持部８２Ｃとする）に対応するように配置される。次に、ヘッド２０が下降して、ノズルユニット３０を上記凹部８３内に挿入し、この状態で、エアシリンダ８７がロッド突出駆動状態に切換えられる。この切換えにより、ノズルユニット３０がプッシュピン８８により押圧され、ノズル組立体が保持部８２Ｃに位置決めされた状態で固定される。次いで、前記エアシリンダ９８にエアが供給されることよりロックピン９７が係合孔９３から退避し、これによりジョイント部材３４とホルダ３５との支持（連結）状態が解除され、その後、ヘッド２０が上昇することにより、ヘッド２０からノズル組立体が取外される。取外されたノズル組立体は保持部８２Ｃに保持される。

そして、ノズル組立体の取外しが完了すると、上記と逆の動作手順に従ってヘッド２０等が駆動制御されることにより、ユニット交換装置１８に保持されている交換用のノズル組立体がヘッド２０に装着される。

以上のような第２の実施形態に係る表面実装機についても、ノズルユニット３０の回転により複数のノズル３２から所望のノズル３２を選択的に使用できる上、必要に応じてノズルユニット３０（ノズル組立体）を交換することにより、さらに別のノズル３２を使用することができる。従って、第１の実施形態と同様に、多くの種類のノズル３２を使いながら実装処理を効率的に進めることができる。

なお、以上説明した第１，第２の実施形態の表面実装機は、本発明に係る表面実装機の好ましい実施の形態の例示であって、その具体的な構成は本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、上記の実施形態では、ノズル回転ユニット（ノズルユニット３０）が横軸（支持軸部材７１，７１）回りに回転可能に支持されるタイプの表面実装機について説明したが、勿論、本発明は、ノズル回転ユニットが縦軸（Ｚ軸）回りに回転可能に支持されるタイプの表面実装機についても適用可能である。すなわち、縦軸回りに複数のノズルが配列され、当該縦軸回りの回転に伴いノズルを切換えるように構成されたノズル回転ユニットを装備する表面実装機についても本発明は適用可能である。

また、実施形態では、サーボモータ４１を駆動源としてノズルユニット３０を回転駆動する構成となっているが、勿論、ノズルユニット３０を駆動するためのアクチュエータはサーボモータ４１に限定されるものでなく、エアシリンダや電磁ソレノイド等を駆動源とするものであってもよい。

また、上述した第２の実施形態の構成、つまりノズルユニット３０をホルダ３５と一体的にヘッド２０に対して交換可能とする構成は、必ずしも、ノズルユニット駆動用のサーボモータ４１がホルダ３５に搭載されるもの限らず、第１の実施形態のように、サーボモータ４１がホルダ３５とは別の位置に配置されるものについても適用可能である。

本発明の第１の実施形態に係る表面実装機の全体構成を概略的に示す平面図である。 図１の表面実装機におけるヘッドユニットの構成を示す正面図（一部断面図）である。 実装用ヘッドの構成を示す要部正面断面図である。 実相用ヘッドの構成を示す要部側面図である。 ユニット交換装置を示す概略平面図である。 ユニット交換装置を示す断面図（図５のVI−VI断面図）である。 ユニット交換装置を示す断面図（図５のVII−VII断面図）である。 ノズルユニットの交換動作手順を説明する段階図である。 本発明の第２の実施形態に係る表面実装機の要部（実装用ヘッド）を概略的に示す正面図である（（ａ）はジョイント部材にホルダ等が連結された状態を、（ｂ）はジョイント部材からホルダ等が切り離された状態をそれぞれ示す）。 実装用ヘッドの構成を示す断面図（図９（ａ）のＸ−Ｘ断面図）である。

符号の説明

５ ヘッドユニット
１８ ユニット交換装置
２０ 実装用ヘッド
２１ ノズルシャフト
３０ ノズルユニット
３１ ユニット本体
３２ ノズル
３５ ホルダ
３５ａ 脚部
７１ 支持軸部材
７２ エアシリンダ
７３ ピストン

Claims (6)

1. 被実装基板が保持される装置本体と、この装置本体に対して移動可能に設けられる実装用ヘッドとを有し、前記実装用ヘッドに、複数のノズルを周方向に並設したノズル回転ユニットが装備され、当該ノズル回転ユニットの前記ノズルにより、部品供給部から部品を吸着して前記基板に実装する表面実装機において、
   前記実装用ヘッドに対して前記ノズル回転ユニットが着脱可能に装着され、さらに前記装置本体に、交換用のノズル回転ユニットを保持し、かつ前記実装用ヘッドとの間でノズル回転ユニットの交換が可能なユニット交換装置が配備されていることを特徴とする表面実装機。
2. 請求項１に記載の表面実装機において、
   前記実装用ヘッドは、前記ノズル回転ユニットを支持する支持状態と、同ヘッドに対するノズル回転ユニットの着脱が可能となる支持解除状態とに切換え可能な支持機構を備え、前記ユニット交換装置は、ノズル回転ユニットを保持するための複数の保持部を備えるとともに、当該保持部に対してノズル回転ユニットを固定する固定状態と、当該保持部からのノズル回転ユニットの取り出しを可能とする非固定状態とに切換え可能な固定機構を備えるものであり、前記ノズル回転ユニットの取り外し動作として、前記ノズル回転ユニットが前記複数の保持部のうち空きスペースに載置されるように実装用ヘッドを配置する動作と、前記保持部にノズル回転ユニットを載置した状態で前記支持機構を支持状態から支持解除状態に、前記固定機構を非固定状態から固定状態にそれぞれ切換える動作と、前記保持部に対して実装用ヘッドを相対的に移動させて当該実装用ヘッドをノズル回転ユニットから引き離す動作とが順次行われることにより前記実装用ヘッドからノズル回転ユニットが取り外される一方、この取り外し動作と逆の動作手順に従うことにより、前記保持部に保持された交換用のノズル回転ユニットが前記実装用ヘッドに取り付けられるように構成されていることを特徴とする表面実装機。
3. 請求項２に記載の表面実装機において、
   前記支持機構は、前記ノズル回転ユニットを回転可能に支持する支持軸をその軸方向に進退移動させるものであって、前記支持状態では、前記ノズル回転ユニットを支持可能な支持位置に前記支持軸を配置する一方、前記支持解除状態では、前記ノズル回転ユニットの外側の退避位置に前記支持軸を配置することを特徴とする表面実装機。
4. 請求項１又は２に記載の表面実装機において、
   前記実装用ヘッドは、前記ノズル回転ユニットを回転可能に保持するホルダを有するものであり、前記ノズル回転ユニットは、前記ホルダと一体に前記実装用ヘッドに対して着脱されるものであることを特徴とする表面実装機。
5. 請求項４に記載の表面実装機において、
   前記ノズル回転ユニットを回転駆動するためのアクチュエータが前記ホルダに組付けられているものであることを特徴とする表面実装機。
6. 請求項２乃至５の何れか一項に記載の表面実装機において、
   前記固定機構は、前記固定状態において前記ノズル回転ユニットを前記保持部の所定位置に位置決めすることを特徴とする表面実装機。

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